Ralentissez, vous allez trop vite (peut-être), partie 1 sur 2

Aug 03, 2023

Je ne suis pas ici pour vous dire quoi faire; Je veux juste que vous preniez une décision éclairée. Comme beaucoup de mes chroniques, celle-ci est un corollaire des commentaires des lecteurs d'une chronique précédente. Dans le numéro d'août 2017 de Pumps & Systems, j'ai exposé ma thèse sur les raisons pour lesquelles je préfère les pompes à vitesse lente quand et si possible. Point de référence : je fais référence aux vitesses de moteur basées sur des vitesses d'induction de 60 hertz à 2 pôles par rapport à des vitesses d'induction à 4 pôles (1 750 contre 3 550 rotations par minute [tr/min]).

Si vous n'avez pas lu la chronique 2017, il est important que je reconnaisse qu'il est souvent nécessaire et prudent d'utiliser des pompes à haut débit. Les pompes à grande vitesse peuvent être plus efficaces et posséder une enveloppe physique nettement plus petite pour les mêmes conditions hydrauliques. En fonction du cycle de service, la pompe avec un rendement plus élevé produira un excellent retour sur investissement (ROI) qui est particulièrement bienvenu dans le monde avide d'énergie d'aujourd'hui.

En règle générale, une pompe conçue pour fonctionner à une certaine valeur de tête et de débit peut être physiquement réduite de moitié si vous doublez la vitesse. La petite taille de la pompe à grande vitesse se traduit par un encombrement réduit et un coût initial inférieur.

Je propose que les pompes plus lentes peuvent souvent être plus fiables, ce qui signifie qu'elles auront une durée de vie plus longue et nécessiteront moins d'entretien pendant cette période. Ces avantages de fiabilité se traduiront également par des économies de retour sur investissement, bien que cela puisse prendre plus de temps que certaines entreprises n'en ont la patience. Une logique alambiquée se concentrera uniquement sur les coûts initiaux, déplaçant ainsi de manière irresponsable l'augmentation inévitable des coûts de maintenance et d'exploitation vers d'autres. Pour résumer, comparez le coût initial au coût total de possession (TCO) pour la durée de vie prévue de la pompe.

Lorsqu'on m'interroge sur ma préférence pour la vitesse de la pompe, je déclare normalement que je suis du camp du "ça dépend". Il y a une longue liste de variables dans le processus de décision global à considérer.

Ai-je des données empiriques pour étayer ces affirmations ? La réponse courte est que j'ai connaissance d'une étude formelle qui soutient ma thèse impliquant plus de 100 pompes de classe American Petroleum Institute (API) mentionnées par Allan R. Budris dans un article qu'il a écrit il y a quelques années. Je regrette de ne pas avoir de copie de l'étude.

Dans une autre étude présentée par feu le Dr Elemer Makay pour l'Electric Power Research Institute (EPRI) sur la stabilité des pompes d'alimentation des chaudières, son résumé indiquait ce qui suit : "Les pompes d'eau d'alimentation doivent être conçues pour un fonctionnement stable sur toute la plage de débits possibles, même au prix d'une certaine réduction de l'efficacité au meilleur point de fonctionnement." Notez qu'il y a beaucoup d'autres points importants dans les plus de 60 pages de son rapport.

Comprenez que la question de la haute vitesse par rapport à la basse vitesse n'est pas facile à répondre, et de nombreux experts postuleront leurs propres théories. Il y en a beaucoup qui ne sont pas d'accord avec ma thèse "parfois plus lent est mieux" ; cependant, tout ce que je demande, c'est que vous teniez compte de tous les facteurs de l'équation avant de prendre une décision.

Compte tenu de toutes les considérations d'application de la pompe, je recommande un examen approfondi de chaque facteur/variable, puis l'attribution d'un exposant ou d'un multiplicateur pondéré. Il y a tellement de facteurs à prendre en compte que vous ne pouvez pas en toute conscience décider uniquement du facteur vitesse. Je suggère de mettre toutes les variables dans une feuille de calcul et de calculer une solution. Le résultat vous aidera à décider, sur la base de données objectives converties en informations analytiques par rapport à des choix émotionnels subjectifs.

Comme tout bon exercice Six Sigma, les données que vous sélectionnez dans l'évaluation ne sont valides que si elles sont mesurées. L'un des axiomes courants de l'ingénierie des pompes est que le facteur d'usure de la pompe est proportionnel au facteur de vitesse au cube. Énoncé comme suit : usure α (RPM)3. [Si vous n'êtes pas familier avec le symbole "α", c'est la lettre grecque minuscule alpha, et, en mathématiques, cela signifie "est proportionnel à."] Cette thèse et cette expression d'usure sont couramment utilisées dans les applications rhéologiques où le liquide est classé comme bouillie. D'autres maximes courantes sont que l'usure est proportionnelle à la vitesse du liquide et que l'usure est indirectement proportionnelle à la dureté du matériau.

Ce n'est pas mon intention que la colonne plonge dans le trou du lapin de la rhéologie, donc je vais mettre fin à cette déviation ici, sauf pour déclarer que j'utiliserai souvent des facteurs de rhéologie comme outil pour prédire l'usure et la fiabilité potentielles de la pompe, quelles que soient les propriétés du liquide.

Pour jouer le jeu, vous devrez d'abord attribuer un facteur (F), et c'est la partie délicate qui devrait être basée sur l'expérience, des suppositions éclairées/calibrées et/ou des données empiriques. À titre d'illustration imparfaite, considérons l'usure α [(F)3 x (RPM)3], où F est substitué à l'expression précédente. Supposons que vous pompez de l'eau propre ; une perspective serait d'attribuer au facteur F une magnitude de 1, donc 1 au cube est toujours 1. Comme autre exemple, une suspension liquide de classe 2 donnée pourrait se voir attribuer une magnitude 3, donc le résultat serait de 27. Notez que le réel la vitesse reste un facteur dans mon exemple. Il existe de nombreuses voies mathématiques alternatives pour concevoir votre propre équation ; celui-ci n'est qu'un simple exemple.

La conclusion ici est que, selon les propriétés du liquide, votre facteur d'usure résultant sera différent. Cependant, n'oubliez pas le point saillant général que même si le liquide est de l'eau claire, il existe de nombreuses autres forces et contraintes sur la pompe qui s'aggravent avec une vitesse accrue.

Quels sont certains des principaux facteurs à prendre en compte ? J'ai couvert en détail la tête d'aspiration positive nette (NPSH) et la vitesse de pointe de la turbine dans ma colonne d'août 2017. En pensant aux lois d'affinité, notez que les performances hydrauliques dans l'enveloppe de fonctionnement préférée (plage) d'une pompe, le NPSH varie approximativement comme le carré du rapport de vitesse. Ainsi, si la marge NPSH était déjà faible à basse vitesse, elle sera certainement inacceptable à des vitesses plus élevées.

La partie 2 couvrira la vitesse spécifique, les forces d'atténuation et dynamiques, l'inertie et plus encore.

Les références

Instabilité hydraulique de la pompe centrifuge Rapport EPRI CS-1445 Projet de recherche 1266-18 par le Dr E Mackay 1980

Jim Elsey est un ingénieur en mécanique avec plus de 50 ans d'expérience dans les équipements rotatifs pour les applications industrielles et marines à travers le monde. Il est conseiller en ingénierie pour Summit Pump, Inc., membre actif de l'American Society of Mechanical Engineers, de la National Association of Corrosion Engineers et de la Naval Submarine League. Elsey est également le directeur de MaDDog Pump Consulting LLC. Il peut être contacté à l'adresse [email protected].